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JP5997220B2 - 消費電力低減機能を有する工作機械の制御装置 - Google Patents

消費電力低減機能を有する工作機械の制御装置 Download PDF

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Description

本発明は、消費電力低減機能を有する工作機械の制御装置に関する。
近年の環境問題や化石燃料問題、さらには発電所事情などにより、消費電力の削減には非常に強い要求が求められている。電力を多く消費する工作機械にも同様に消費電力の削減が求められている。工作機械では生産能力を維持しつつ消費電力を低減させる必要があるため、無駄な消費電力の削減、または、効率の良い電力の使い方が必要である。
一般的に工作機械に使用される電力は、製品を加工するためのモータと、加工を補助するためのポンプ・ヒータ・照明、発熱源を冷却するための冷却装置、制御装置に供給される電源などで消費される。また、間接的ではあるが、工場設備のエアコンプレッサの消費電力は、工作機械に依存する。
従来の消費電力低減方法は、無駄な消費電力を削減させるため、無操作時間が続いた場合や特定動作後設定した時間に照明やモータを停止させる方法が一般的に知られており、停止させるための条件にタイマを使用することが一般的である（例えば、特許文献１，２など）。
特開２０００−０９４２６６号公報 特開２０１０−０４００４６号公報
しかしながら、停止条件にタイマを使用すると、不必要なときに停止しなかったり、必要なときに停止したりと、効率の良い停止ができない。また、工作機械は加工精度が重要であり、熱変位による加工精度への影響は大きい。消費電力を低減させるため、不必要なときにヒータや冷却装置を停止させ、必要なときに再度駆動させると機械の熱バランスが大きく崩れるため、安定した加工精度が出せない。
特許文献１で開示される制御装置は、加工領域内照明灯を不要時にタイマにて自動消灯する工作機械の制御装置であり、消費電力低減機能を動作させるタイミングにタイマを用いている。タイマを用いるとオペレータがいない状態でも照明が点灯し続けたり、オペレータが作業中に消灯するといった問題がある。
また、特許文献２では、いくつかのエネルギー節約モードを用意し、運転状態によってエネルギー節約モードを選択する技術が開示されている。しかし、この技術においては、熱変位の影響を考慮していないため、消費電力の低減を優先して考えると、熱変位に大きな影響を与えるため、加工精度に問題が発生する可能性がある。また、工作機械の運転状態を把握する方法にタイマを用いているため、機械状態を瞬時に把握できない。
そこで、本発明は、熱変位を考慮した消費電力モードを有し、消費電力低減の効率を向上させるため、工作機械の運転状態をすばやく検知する消費電力低減機能を有する工作機械の制御装置を提供することを目的とする。
本願の請求項１に係る発明は、加熱装置または冷却装置の少なくとも一方を含む電力を消費する複数の機器を備えた工作機械の消費電力を低減する機能を備えた制御装置であって、優先モードを選択する手段と、前記複数の機器を制御するパラメータの組からなるパラメータセットであって、それぞれ前記優先モードと前記工作機械の運転状態に対応する複数のパラメータセットを記憶するパラメータセット記憶手段と、前記工作機械の運転状態を監視する運転状態監視手段と、前記選択された優先モードおよび前記工作機械の前記運転状態に基づいて、前記パラメータセット記憶手段から前記パラメータセットを抽出する抽出手段と、前記抽出されたパラメータに基づいて前記機器の制御を実行する実行手段と、を備え、前記パラメータ記憶手段に記憶された前記パラメータセットのうちの少なくとも１つは、前記加熱装置に対応する前記パラメータおよび前記冷却装置に対応する前記パラメータが常にＯＮとなるように設定されている、ことを特徴とする消費電力低減機能を有する工作機械の制御装置である。
本願の請求項２に係る発明は、前記工作機械の周辺にオペレータが存在するかどうかを監視するオペレータ監視手段を更に備え、前記運転状態監視手段は、前記工作機械の動作モードと前記オペレータ監視手段の監視結果に基づいて、前記工作機械の運転状態を判定する、ことを特徴とする請求項１に記載の工作機械の制御装置である。
本願の請求項３に係る発明は、前記運転状態監視手段は、前記工作機械の動作モードが自動運転状態ではなく、前記オペレータ監視手段がオペレータが存在すると判断した場合、前記工作機械の運転状態が段取状態であると判定する、ことを特徴とする請求項２に記載の工作機械の制御装置である。
本願の請求項４に係る発明は、前記運転状態監視手段は、前記工作機械の動作モードが自動運転状態ではなく、前記オペレータ監視手段がオペレータが存在しないと判断した場合、前記工作機械の運転状態が待機状態であると判定する、ことを特徴とする請求項２に記載の工作機械の制御装置である。
本発明により、熱変位を考慮した消費電力低減モードを有し、工作機械の運転状態をすばやく把握することで消費電力低減の効率を向上させた工作機械の制御装置を提供できる。
本発明の実施の形態における数値制御装置の要部ブロック図である。 本発明の実施の形態におけるパラメータセットの構成表である。 本発明の実施の形態におけるパラメータの設定例を示す図である。 本発明の実施の形態における消費電力低減処理のフローチャートである。
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態における制御装置の構成図である。制御装置１００は、ＣＰＵ１、ＲＯＭ２、ＲＡＭ３、入力装置４、表示装置５、主軸制御回路６、送り軸制御回路７、ＰＬＣ８を備えている。そして、ＣＰＵ１は、ＲＯＭ２、ＲＡＭ３、入力装置４、表示装置５、主軸制御回路６、送り軸制御回路７、ＰＬＣ８の各要素とはバスを介して接続されており、ＲＯＭ２に格納されたシステムプログラムをバスを介して読み出して、該システムプログラムに従って制御装置１００全体を制御する。
ＲＯＭ２には、加工プログラムの作成及び編集のために必要とされる編集モードの処理や自動運転、消費電力低減制御のための処理を実施するための各種システムプログラムがあらかじめ書き込まれている。ＲＡＭ３には一時的な計算データや表示データ、及び入力装置４などを介してオペレータが入力した優先モードの設定などの各種データが格納される。
入力装置４は、キーボードやスイッチ等を備えた手動データ入力装置であり、表示装置５は液晶ディスプレイやタッチパネルディスプレイなどにより構成される。
主軸制御回路６、送り軸制御回路７は、ＣＰＵ１から主軸への主軸回転指令や各送り軸の移動指令量を受けて、制御対象となる工作機械の各駆動部位を駆動する。
ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）８には、人感センサ９、照明１０、クーラントポンプ１１、冷却装置１２、ヒータ１３、潤滑ポンプ１４、エアパージ１５、ミストコレクタ１６、チップコンベア１７などの各種外部機器と入出力回路を介して接続されており、制御装置１００はＰＬＣ８を介して外部機器の動作を制御できるようになっている。
本実施の形態の制御装置１００では、制御対象となる外部機器の消費電力を制御するモードとして、消費電力低減優先モードと熱変位優先モードの２つの優先モードがオペレータにより設定できるようになっている。消費電力低減優先モードは、消費電力を最大限低減させるように工作機械全体を制御するモードである。また、熱変位優先モードは、工作機械の熱バランスが大きく変わる機器については停止させないように制御するモードである。
そして、制御装置１００に設定されている優先モードと、現在制御している工作機械の運転状態に基づいて、ＰＬＣ８に接続された各外部機器をどのように制御するのかを決定し、外部機器のＯＮ／ＯＦＦを制御する。外部機器をどのように制御するのかについては、各外部機器のＯＮ／ＯＦＦを制御するパラメータの組である複数のパラメータセットが、あらかじめ工作機械の運転状態や優先モードの設定に対応付けてＲＯＭ２などに保存されており、該パラメータセットを工作機械の運転状態や設定されている優先モードに応じて読み出して、読み出したパラメータセットに基づいてＰＬＣ８が各外部機器を制御する。
図２は、本実施の形態における、優先モード、工作機械の運転状態と、パラメータセットの関係を定義する構成表の一例である。図中で、工作機械の状態が「段取り」状態であるとは、自動運転を行っていない状態でオペレータが工作機械の前にいる場合であり、「待機」状態であるとは、自動運転を行っていない状態でオペレータが工作機械の前にいない場合である。
また、図３は、本実施の形態における、パラメータセットの設定の一例である。図３の例では、各パラメータセットに対して、制御対象となる外部機器のＯＮ／ＯＦＦ状態がパラメータとして設定されている。なお、本実施の形態においては、外部機器のＯＮ／ＯＦＦをパラメータの例として挙げているが、パラメータの種類はこれに限られるものではなく、照明の照度やミストコレクタの出力など、各外部機器において消費電力に関連する制御可能なパラメータを設定するようにしてもよい。
図２、図３の設定例を用いた場合、例えば、優先モードが消費電力低減優先モードに設定され、工作機械の運転状態が自動運転中でオペレータが工作機械の前にいない場合には、パラメータ２のセットが読み出され、該パラメータセットに基づいてＰＬＣ８は、照明をＯＦＦ状態、その他の各外部機器をＯＮ状態に制御する。
また、例えば、優先モードが熱変位優先モードに設定され、工作機械の運転状態が自動運転中ではない場合であって、オペレータが工作機械の前にいない場合には、パラメータ１４のセットが読み出され、該パラメータセットに基づいてＰＬＣ８は、冷却装置、ヒータなどの工作機械の温度を維持するための外部機器をＯＮ状態、その他の各外部機器をＯＦＦ状態に制御する。このように、熱変位優先モードに設定することにより、消費電力の低減を図りながらも、待機状態などにおいて工作機械の温度を維持し、熱変位の変化による加工精度の低下を防ぐことができるようになっている。
図４は、本発明の一実施の形態における消費電力低減処理動作のフローチャートである。
●［ステップＳＡ０１］オペレータのスイッチ操作などにより入力された値に基づいて、優先モードの設定を行う。
●［ステップＳＡ０２］現在の工作機械の動作モードが自動運転であるか否かを確認する。自動運転であるか否かは、ＣＰＵ１により自動運転処理が実行されているか否かを確認することにより行われる。現在の工作機械の動作モードが自動運転中である場合にはステップＳＡ０３へ進み、自動運転中ではない場合にはステップＳＡ０４へ進む。
●［ステップＳＡ０３］工作機械の前にオペレータがいるかいないかを判定する。オペレータの有無は人感センサ９を用いてＰＬＣ８が監視する。オペレータがいる場合にはステップＳＡ０５へ進み、オペレータがいない場合にはステップＳＡ０６へ進む。
●［ステップＳＡ０４］工作機械の前にオペレータがいるかいないかを判定する。オペレータの有無は人感センサ９を用いてＰＬＣ８が監視する。オペレータがいる場合にはステップＳＡ０７へ進み、オペレータがいない場合にはステップＳＡ０８へ進む。
●［ステップＳＡ０５］工作機械の運転状態を、自動運転状態（オペレータあり)と判定する。
●［ステップＳＡ０６］工作機械の運転状態を、自動運転状態（オペレータなし)と判定する。
●［ステップＳＡ０７］工作機械の運転状態を、段取状態と判定する。
●［ステップＳＡ０８］工作機械の運転状態を、待機状態と判定する。
●［ステップＳＡ０９］ステップＳＡ０１で設定された優先モードと、ステップＳＡ０５〜ステップＳＡ０８において判定された工作機械の運転状態に基づいて、パラメータセットを読み出し、読み出したパラメータセットに基づいて各外部機器を制御する。
従来技術においては、特許文献２のように自動運転状態の監視とタイマを用い、機械状態を判断しているため、瞬時に機械状態を把握することができないという問題があったが、本発明の制御装置１００においては、図４に示すフローチャートを制御装置１００上で実行することにより、自動運転の監視とオペレータの有無を監視することで、瞬時に機械状態を把握することができる。
１ ＣＰＵ
２ ＲＯＭ
３ ＲＡＭ
４ 入力装置
５ 表示装置
６ 主軸制御回路
７ 送り軸制御回路
８ ＰＬＣ
９ 人感センサ
１０ 照明
１１ クーラントポンプ
１２ 冷却装置
１３ ヒータ
１４ 潤滑ポンプ
１５ エアパージ
１６ ミストコレクタ
１７ チップコンベア
１００ 制御装置

Claims (4)

  1. 加熱装置または冷却装置の少なくとも一方を含む電力を消費する複数の機器を備えた工作機械の消費電力を低減する機能を備えた制御装置であって、
    優先モードを選択する手段と、
    前記複数の機器を制御するパラメータの組からなるパラメータセットであって、それぞれ前記優先モードと前記工作機械の運転状態に対応する複数のパラメータセットを記憶するパラメータセット記憶手段と、
    前記工作機械の運転状態を監視する運転状態監視手段と、
    前記選択された優先モードおよび前記工作機械の前記運転状態に基づいて、前記パラメータセット記憶手段から前記パラメータセットを抽出する抽出手段と、
    前記抽出されたパラメータに基づいて前記機器の制御を実行する実行手段と、
    を備え、
    前記パラメータ記憶手段に記憶された前記パラメータセットのうちの少なくとも１つは、前記加熱装置に対応する前記パラメータおよび前記冷却装置に対応する前記パラメータが常にＯＮとなるように設定されている、
    ことを特徴とする消費電力低減機能を有する工作機械の制御装置。
  2. 前記工作機械の周辺にオペレータが存在するかどうかを監視するオペレータ監視手段を更に備え、
    前記運転状態監視手段は、前記工作機械の動作モードと前記オペレータ監視手段の監視結果に基づいて、前記工作機械の運転状態を判定する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の工作機械の制御装置。
  3. 前記運転状態監視手段は、前記工作機械の動作モードが自動運転状態ではなく、前記オペレータ監視手段がオペレータが存在すると判断した場合、前記工作機械の運転状態が段取状態であると判定する、
    ことを特徴とする請求項２に記載の工作機械の制御装置。
  4. 前記運転状態監視手段は、前記工作機械の動作モードが自動運転状態ではなく、前記オペレータ監視手段がオペレータが存在しないと判断した場合、前記工作機械の運転状態が待機状態であると判定する、
    ことを特徴とする請求項２に記載の工作機械の制御装置。
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